JPH0683141U

JPH0683141U - 複合金属材料の連続鋳造装置

Info

Publication number: JPH0683141U
Application number: JP2111093U
Authority: JP
Inventors: 千代勝浜口; 良一久富
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】鋳造開始時の上層溶湯と下層溶湯の混合を効
果的に抑制して製品の歩留を改善すると共に品質向上を
図ること。【構成】鋳型内の鋳造空間に上下方向に区分して注入
された異種の溶融金属を冷却・凝固させて複合金属材を
製造する複合金属材の連続鋳造装置において、鋳造開始
時に鋳型５の底部を一時的に閉塞するダミーバー１０
と、下層溶湯２ａと上層溶湯２ｂの境界レベル９近傍に
おいて鋳造方向に垂直な方向に磁力線が延在する如く静
磁場帯を形成する静磁場発生装置６と、鋳型５内の境界
レベル９近傍に配置された障壁７と、鋳造開始に先立っ
て下層溶湯２ａを略障壁７の高さまで注入したのち一旦
注入を停止し、次に上層溶湯２ｂの注入を開始し、上層
溶湯２ｂが所定の湯面レベルまで達したらダミーバー１
０の引抜を開始しながら下層溶湯２ａの注入を再開させ
る制御装置とを備えている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、表層部と内層部の組成が異なる複合金属材料を液状金属から連続的に製造する装置に関し、特に鋳造開始時の初期混合を抑制した連続鋳造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

連続鋳造によって複合金属材料を製造する方法として、長さの異なる２本の浸漬ノズルを鋳型内にある溶融金属のプールに挿入し、それぞれのノズルの吐出孔位置を鋳造方向の異なる位置に設け、異種の溶融金属を注入する方法が、特公昭４４−２７３６１号公報で提案されている。

【０００３】このような複合金属材料を製造する際には、連続鋳造の際に異種の溶融金属が互いに混合するのを抑制する必要がある。そこで従来から、特公昭４９−４４８５９号公報に開示されているように、異種の溶融金属の境界部分に障壁を設けて両溶融金属を機械的に分離したり、或いは、特公平３−２０２９５号公報に記載されているように、異種の溶融金属の境界部分に静電場を形成して溶融金属に電磁ブレーキをかけて両溶融金属を電磁的に分離したりすることが提案されている。

【０００４】しかしながら、これらの方法は、一旦連続鋳造が開始された後では有効であるが、鋳造開始時における異種の溶融金属相互の混合を避けることができない。すなわち、鋳造開始時においては、鋳型の底部をダミーバーで閉塞した状態で鋳型内に異種の溶融金属を注入し、ダミーバーを引き出しながら連続鋳造を開始するため、鋳造開始時における異種金属の混合は避けられない。

【０００５】このため、特開昭６３−２６８５３７号公報に記載されているように、障壁の下方に内層溶融金属を注入した後に障壁の上方に表層溶融金属を注入したり、或いは、特開平１−２７１０４１号公報に記載されているように、静磁場を利用して異種溶融金属の混合を抑制するようにした複合金属材料の連続鋳造方法において、ダミーバーの先端に下層の溶融金属を収容する空間部を形成することが提案されているが、いずれも十分な効果を挙げていない。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

すなわち、特開昭６３−２６８５３７号公報に記載の方法においては、異種金属の混合を、障壁の厚み及び障壁と鋳型の間の間隔という物理的条件のみにより抑制するのであるため、その効果には限度がある。

【０００７】また、特開平１−２７１０４１号公報に記載のダミーバーを使用して連続鋳造を開始する場合には、先ず、ダミーバーの先端に形成された空間部に下層の溶融金属を注入して上層と下層の定常時の境界レベル、すなわち、静磁場帯の範囲まで注入した後、上層の溶融金属を注入し、湯面レベルが所定のレベルに達してから引き抜き開始を行う。しかしながら、引き抜き開始時点では、以下に述べる理由により静磁界を加えることが出来ないため、異種金属の混合を効果的に抑圧することができないという問題があった。すなわち、ダミーバーヘッドは一般に磁性体から構成されているため、静磁界を加えるとダミーバーヘッドに電磁力が作用してダミーバーヘッドが鋳型に押しつけられて正常に機能しなくなるという問題があった。なお、ダミーバーヘッドを非磁性体で構成した場合には、電磁力の問題はなくなるが、引き抜きが開始されて、下層の溶融金属を注入するノズルの先端がダミーバーの先端に形成された空間部から抜け出した後では、上層の溶融金属と下層の溶融金属は広い面積にわたって直接接触することになるので、静磁界による電磁ブレーキだけでは両者の混合を防止することは困難である。

【０００８】このため、特開平１−２７１０４１号公報に記載のダミーバーを使用して連続鋳造を行った場合でも、引き抜きを開始してから上層と下層とが分離されるまでには約４〜７ｍの鋳片長さが必要となり、この部分を切り捨てなければならないため、歩留が悪くなるという問題があった。また、上層の金属と下層の金属とが混合することから鋳造した複合金属材料の品質を十分に高めることができないという問題があった。

【０００９】そこで本考案は、静磁界により異種金属の分離を行って複合金属材料を連続鋳造するに際し、鋳造開始時の上層溶湯と下層溶湯の混合を効果的に抑制して製品の歩留を改善すると共に品質向上を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、鋳型内の鋳造空間に上下方向に区分して注入された異種の溶融金属を冷却・凝固させて複合金属材料を製造する複合金属材料の連続鋳造装置において、鋳造開始時に鋳型の底部を一時的に閉塞するダミーバーと、異種の溶融金属の境界近傍において鋳造方向に垂直な方向に磁力線が延在する如く静磁場帯を形成する静磁場発生装置と、前記鋳型内の異種の溶融金属の境界近傍に配置された障壁と、鋳造開始に先立って下層溶湯を略前記障壁の高さまで注入したのち一旦注入を停止し、次に上層溶湯の注入を開始し、上層溶湯が所定の湯面レベルまで達したら前記ダミーバーの引抜を開始しながら前記下層溶湯の注入を再開させる制御装置とを備えていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】

連続鋳造開始に先立って、先ず、下層溶湯は障壁より下側に注入され、湯面レベルが障壁の位置に達した時点で下層の溶融金属の注入が停止される。次に、上層溶湯が障壁より上側に注入され、湯面レベルが所定の引抜レベルに達したら引抜が開始されると共に、下層の溶融金属の注入が再開され表層と内層とからなる複合金属材料の連続鋳造が開始される。上層溶湯と下層溶湯とは、連続鋳造開始時においても障壁により物理的に分離されているので、静磁場の有無にかかわらず、連続鋳造開始時の上層溶湯と下層溶湯の混合が効果的に抑制される。更に、連続鋳造開始後は、上層溶湯と下層溶湯との境界レベルが障壁の位置に安定するように注湯量制御が行われると共に、溶湯の流れ方向に関して障壁と略同じ高さに形成された静磁場により溶湯の流れが制動され上層溶湯と下層溶湯の混合が一層抑制される。

【００１２】

【実施例】

図１は、本考案を実施するための装置の一例を示す図である。図１において、１ａは下層用タンディッシュ、１ｂは上層用タンディッシュであり、両タンディッシュは隔壁１ｃで分離されており、下層用タンディッシュ１ａ内には下層溶湯２ａが貯留され、上層用タンディッシュ１ｂ内には上層溶湯２ｂが貯留される。下層用タンディッシュ１ａの底面には下層用浸漬ノズル４ａが、また、上層用タンディッシュ２ａの底面には上層用浸漬ノズル４ｂが連結されており、更に、下層用タンディッシュ１ａと上層用タンディッシュ１ｂの内部には、下層用浸漬ノズル４ａと上層用浸漬ノズル４ｂへの下層溶湯２ａと上層溶湯２ｂの供給を制御する下層用ストッパー３ａと上層用ストッパー３ｂとが設けられている。下層用浸漬ノズル４ａと上層用浸漬ノズル４ｂとは長さが異なっており、それぞれ鋳型５の内部に向かって垂直方向に伸延している。鋳型５の外周の湯面レベルから所定の距離だけ下方の位置に、鋳造方向に垂直な方向に磁力線が延在する如く静磁場帯を形成させる静磁界発生装置６が設けられている。

【００１３】この静磁界発生装置６は、鋳型内湯面レベルからの距離をＬ、複合金属鋳片の表層厚みをｄ、鋳片の引き抜き速度をｖ、鋳片の平均凝固速度係数をｆとしたとき、下式Ｌ＝ｖ（ｄ／ｆ）² を満足するような位置に配置される。また、静磁場帯の鋳造方向の幅は、２０ｃｍ以上であることが望ましい。

【００１４】また、鋳型５内において静磁界発生装置６の配置位置と略同じ高さに、一定厚みの障壁７が配置されている。この障壁７の厚みは、障壁７の下方に供給された下層溶湯２ａが障壁７の上側まで回り込まない程度の厚み、たとえば、１〜２０ｃｍ程度に選定されている。また、この障壁７の水平方向の外形寸法は、障壁７と鋳型５との間に生成している凝固シェルが障壁７と接触せずに下方に移動できるように、鋳型５の内形寸法よりも小さく設定されている。

【００１５】この障壁７の材質は、表層溶湯密度Ｐ₁と内層溶湯密度Ｐ₂との大小関係によって異なったものとされる。すなわち、障壁７の材質として、Ｐ₁＜Ｐ₂の場合には、たとえば、ＭｇＯ，ＳｉＯ₂等からなる耐火ボードや鉄板等の金属板が使用されて溶解型障壁が構成され、特に金属板を用いた場合は溶解しても介在物となることがなく、より好ましい結果が得られる。また、Ｐ₁≧Ｐ₂の場合には、たとえば、Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＳｉＯ₂，炭化物セラミックス等からなる耐火物が使用されて長寿命障壁が構成される。また、障壁７の略中央部には、障壁７が下層用浸漬ノズル４ａに接触することなく上下動可能となるように、下層用浸漬ノズル４ａ貫通用の透孔が形成されている。なお、前記上層用浸漬ノズル４ｂの長さは、その先端が障壁７より上側に位置するように設定される。前記障壁７は、障壁取付治具８を介して鋳型５に連結されている。

【００１６】また、上記した連続鋳造装置においては、鋳造開始の際には、鋳型５の下端部にダミーバー１０が、溶鋼漏れ防止用のダミーバーヘッドシール部１１を介して嵌合されている。

【００１７】図２は、上述した連続鋳造装置の動作を制御するための制御系を示すブロック図である。図１に示す連続鋳造装置において、障壁７の厚み方向に関して略中央位置に、鋳型５内の下層溶湯の湯面レベルを検出する下層湯面センサー２１が設けられ、また、鋳型５内の上端部に上層溶湯の湯面レベルが所定の引抜開始レベルに達したか否かを検出する上層湯面センサー２２が設けられている（但し、いずれも図１では図示せず）。各湯面センサー２１，２２の出力は制御装置２３に供給され、これらの湯面センサー２１，２２の出力に基づいて連続鋳造装置の各部の動作が制御される。すなわち、制御装置２３の出力は、上層用及び下層用ストッパー制御回路２４，２６を介して上層用及び下層用ストッパー駆動装置２５，２７に供給され、図１に示される上層用及び下層用ストッパー３ｂ，３ａの上下動が制御される。また、制御装置２３の出力は、鋳片引抜装置制御回路２８を介して引抜ロール等からなる鋳片引抜装置２９（図１では図示せず）に供給され、鋳片の引抜状態が制御される。更に、制御装置２３の出力は、静磁場発生装置制御回路３０を介して静磁場発生装置６に供給され、静磁場発生装置６の動作・不動作が制御される。

【００１８】次に、上述した連続鋳造装置における動作を図３のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図３のタイミングチャートは、動作原理を説明するための模式図であって、時間や量の関係は正確なものではない。

【００１９】制御装置２３に対して外部から鋳造開始が指示されると、鋳造開始に先立って、まず、制御装置２３は下層用ストッパー制御回路２６を介して下層用ストッパー駆動装置２７を駆動し、下層用ストッパー３ａが引き上げられ、下層用タンディッシュ１ａ内の下層溶湯２ａは、長い下層用浸漬ノズル４ａを介して障壁７より下側に注入され始める（図３（ａ）、時点Ｔ１参照）。これにより、同図（ｅ）に示すように、鋳型５内の下層溶湯２ａの湯面レベルは徐々に上昇する。なお、静磁場発生装置６は、連続鋳造開始時には不動作状態とされているものとする。下層溶湯２ａの湯面レベルが、定常連続鋳造状態における上層と下層の境界レベル９まで達しことが、下層湯面検出センサー２１で検出されると、下層用ストッパー３ａが引き下げられて下層用浸漬ノズル４ａが閉塞され下層溶湯２ａの注入が一旦停止される（図３（ａ）、時点Ｔ２参照）。

【００２０】次に、上層用ストッパー３ｂが引き上げられ、上層用タンディッシュ１ｂ内の上層溶湯２ｂが、短い上層用浸漬ノズル４ｂを介して注入され始める（図３（ｂ）、時点Ｔ２参照）。このとき、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａとの間には、障壁７が存在しているので、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａとが直接接触する部分は、障壁７の周囲と鋳型５との間隔、及び、障壁７を貫通している下層用浸漬ノズル４ａと障壁７との間隔のみであるので、溶鋼流動による上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａとの混合を殆ど防止することができる。

【００２１】次に、上層溶湯２ｂの湯面レベルが所定の湯面レベルに達したことが上層湯面検出センサー２２で検出されると、ダミーバー１０の引抜が開始される（図３（ｃ）、時点Ｔ３参照）と共に、下層溶湯２ａの注入が再開される（図３（ａ）参照）。このとき、ダミーバー１０の引抜速度及び下層溶湯２ａの注入量は、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａとの境界レベルが一定高さに維持されるように、すなわち、境界レベルが障壁７の厚みの略中心に位置するように制御装置２３により制御される。このとき、静磁場発生装置６は不動作状態とされているので、ダミーバー１０が磁性体で形成されていたとしても、ダミーバー１０に電磁力が作用することはない。

【００２２】上述したように、鋳型５内に障壁７を設けることにより、連続鋳造開始時から、上層溶湯２ｂと下層溶湯等２ａとを分離することができ、鋳造開始直後から内層と表層とが明確に分離された複合金属材料を製造することができ、歩留を高めると共に品質の向上を図ることができる。

【００２３】鋳片の引抜が開始され、ダミーバー１０が静磁場発生装置６からの磁場の影響を受けない位置まで離れると、制御装置２３は、静磁場発生装置制御回路３０を介して静磁場発生装置６を動作状態とし、溶湯に対して電磁ブレーキを作用させ始める。なお、ダミーバー１０が非磁性体である場合には、図３（ｄ）に破線で示すように、引抜開始の時点から静磁場発生装置６を動作状態としてもよい。

【００２４】連続鋳造が開始されると、図４に示されるように、上層溶湯２ｂは鋳型５に接触して冷却・凝固して表層１１が形成され、下層溶湯２ｂは表層１１の内面に接触して・冷却凝固して内層１２が形成される。この連続鋳造の際にも、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａとが一定の厚みを有する障壁７により物理的に分離されているので、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａの混合が抑制される。

【００２５】更に、溶湯の流れ方向に関して障壁７と略同じ高さに設けられた電磁場発生装置６からの静磁場により溶湯の流れが制動され、上層溶湯２ｂと下層溶湯２ａの混合が一層抑制される。

【００２６】ところで、先に述べたように、内層溶湯密度Ｐ₂が表層溶湯密度Ｐ₁より大きい場合には、障壁７の材料として耐火ボード等が使用されて溶解型障壁が構成される。これは、Ｐ₁＜Ｐ₂である場合には、比重差により内層溶湯すなわち下層溶湯２ａの方が、表層溶湯すなわち上層溶湯２ｂよりも先に下方に流動しようとするので、この密度の組み合わせの場合には、一旦鋳造が開始されれば異種金属は分離しやすい。そこで、Ｐ₁＜Ｐ₂の場合には、鋳造開始時のみの寿命を有する溶融型の障壁を使用することができる。なお、溶融型の障壁を使用する場合には、溶解の際に障壁からガスが発生しては不都合であるので、溶融型の障壁としては、鉄板等の金属板が望ましい。また、Ｐ₁≧Ｐ₂の場合には、比重差がなくなり、或いは、上下溶湯の比重の逆転が生じるので異種金属が混合しやすくなる。そこで、Ｐ₁≧Ｐ₂の場合には、長寿命の障壁を使用することが望ましい。

【００２７】

【考案の効果】

以上に述べたように、本考案によれば、連続鋳造開始時点でも異種金属を分離することができるので、従来は約４〜７ｍ必要とされた初期鋳片の切り捨て長さを約０．５ｍに短縮することができ、歩留を大幅に向上させることができる。また、連続鋳造開始後においても、静電磁場による電磁的分離と障壁による機械的分離の双方の作用により異種金属の混合を効果的に抑制して品質の高い複合金属材料を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を実施するための連続鋳造装置におけ
る連続鋳造開始時の状態を示す図である。

【図２】図１に示す連続鋳造装置の動作を制御するた
めの制御系を示すブロック図である。

【図３】図１に示す連続鋳造装置の動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図４】連続鋳造開始後における状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ａ下層用タンディッシュ１ｂ上層用タンディッシュ１ｃ隔壁２ａ下層溶湯２ｂ上層溶湯３ａ下層用ストッパー３ｂ上層用ストッパー４ａ下層用浸漬ノズル４ｂ上層用浸漬ノズル５鋳型６静磁場発生装置７障壁８障壁取付治具９上層と下層溶湯の境界レベル１０ダミーバー１１ダミーバーヘッドシール部１１表層１２内層

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】鋳型内の鋳造空間に上下方向に区分して
注入された異種の溶融金属を冷却・凝固させて複合金属
材料を製造する複合金属材料の連続鋳造装置において、鋳造開始時に鋳型の底部を一時的に閉塞するダミーバー
と、異種の溶融金属の境界近傍において鋳造方向に垂直な方
向に磁力線が延在する如く静磁場帯を形成する静磁場発
生装置と、前記鋳型内の異種の溶融金属の境界近傍に配置された障
壁と、鋳造開始に先立って下層溶湯を略前記障壁の高さまで注
入したのち一旦注入を停止し、次に上層溶湯の注入を開
始し、上層溶湯が所定の湯面レベルまで達したら前記ダ
ミーバーの引抜を開始しながら前記下層溶湯の注入を再
開させる制御装置とを備えていることを特徴とする複合
金属材料の連続鋳造装置。